JP2008078778A - Piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電デバイスに係り、特に圧電振動子と、この圧電振動子に電気的に接続された回路素子とをモールド材により被覆する構成とした圧電デバイスに関する。 The present invention relates to a piezoelectric device, and more particularly, to a piezoelectric device configured to cover a piezoelectric vibrator and a circuit element electrically connected to the piezoelectric vibrator with a molding material.
上記分野において発振回路(例えばIC等の集積回路)を有する圧電デバイス(この場合圧電発振器)の構造として従来より知られているものは、次のようなものがある。第1には、図10に示すように、回路基板3上にIC4と、接続部材(例えばハンダボール)5を配置し、ハンダボール5を介して前記回路基板3に圧電振動子2を実装するといった構造のものである(例えば特許文献1参照)。第2には、図11に示すように、立体形成したリードフレーム3aの中央にIC4を配置し、前記リードフレーム3aの上部に圧電振動子2を配置するといった構造のものである(例えば特許文献2参照)。上記2つの構造の圧電発振器1,1aではいずれも、IC4およびその周辺の接続部材等を保護するため、IC4およびその周囲を絶縁性の樹脂(モールド材)6,6aで覆う構成をとっているが、モールド部分の構成にはそれぞれ次のような違いがある。まず、特許文献1に開示されているような構造の圧電発振器1では、ポッティングによるモールドを採用することが可能であるため、IC4および当該IC4を実装するための金属ワイヤ7といった部分のみをモールド材6で覆い、圧電振動子2は外部に晒した状態とするという構成をとっている。次に、特許文献2に開示されているような構造の圧電発振器1aでは、その製造工程の特徴より、型を使用したモールド(トランスファーモールド)技術が用いられるため、圧電振動子2を含む圧電発振器1a全体を樹脂で覆う構成をとっている。
ところで、圧電振動子を構成するパッケージのリッド部分には、その圧電振動子の発振周波数や製造ロット等を示す指標(マーキング)が刻まれている。そして、圧電発振器等のデバイスでは、外観形状を同一とするデバイス間での取り違えを無くす等の理由から、前記マーキングを視認可能とすることが望まれている。しかし、一方では、デバイス自体をキズや湿気から保護するために、表面に晒される部分の面積は減らしたいという要望もある。 By the way, an index (marking) indicating the oscillation frequency of the piezoelectric vibrator, a manufacturing lot, or the like is engraved on the lid portion of the package constituting the piezoelectric vibrator. In a device such as a piezoelectric oscillator, it is desired to make the marking visible for reasons such as eliminating a mistake between devices having the same external shape. However, on the other hand, in order to protect the device itself from scratches and moisture, there is a desire to reduce the area of the portion exposed to the surface.
こうした観点から上記特許文献1、特許文献2のそれぞれに開示された圧電発振器1,1aを見てみると、特許文献1に開示されている圧電発振器1は問題なくマーキングを視認することができるが、特許文献2に開示されている圧電発振器1aはモールド材(一般的に黒色)6aに阻まれてマーキングを視認することができなくなっている。一方デバイスの保護という観点からすると、特許文献2に開示されている圧電発振器1aは全面をモールド材6aで覆われているため、高い保護効果を得ることができると考えられるが、特許文献1に開示されている圧電発振器1は圧電振動子2の部分が外部に晒されているため、特許文献2に開示されている圧電発振器1aに比べるとその効果は低いと考えられる。なお、特許文献2に開示されている圧電発振器1aでは、圧電振動子2の表面にX線吸収物質を塗布し、モールド後にX線を照射することで、外部から圧電振動子2の特性を識別することができるような特徴を持たせているが、識別に要する手間やコストという点で問題が残る。
From this point of view, looking at the
そこで本発明では、デバイスの保護効果を高めつつ、圧電振動子に記されたマーキングは視認することができるといった特徴を有する圧電デバイスを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric device having such a feature that the marking on the piezoelectric vibrator can be visually recognized while enhancing the protection effect of the device.
上記目的を達成するための、本発明に係る圧電デバイスは、少なくとも圧電振動子と当該圧電振動子に電気的に接続された回路素子とをモールド材により被覆した圧電デバイスであって、前記圧電振動子のリッド表面を被覆するモールド材の厚みを、他の周囲を覆ういずれのモールド材の厚みよりも薄く形成して透光性を持たせたことを特徴とする。圧電振動子のリッド表面を覆うモールド材の厚みを薄くして透光性を持たせることにより、リッド表面をモールド材で覆ったままリッド表面に刻まれたマーキングを視認することが可能となる。すなわち、デバイスの保護効果を高めつつ、マーキングを視認することが可能となるのである。 In order to achieve the above object, a piezoelectric device according to the present invention is a piezoelectric device in which at least a piezoelectric vibrator and a circuit element electrically connected to the piezoelectric vibrator are covered with a molding material, and the piezoelectric vibration It is characterized in that the thickness of the molding material covering the lid surface of the child is made thinner than the thickness of any molding material covering the other surroundings to provide translucency. By making the thickness of the molding material covering the lid surface of the piezoelectric vibrator thin so as to have translucency, it is possible to visually recognize the markings engraved on the lid surface while the lid surface is covered with the molding material. That is, the marking can be visually recognized while enhancing the protection effect of the device.
また、上記目的を達成するための本発明に係る圧電デバイスは、少なくとも圧電振動子と当該圧電振動子に電気的に接続された回路素子とをモールド材により被覆した圧電デバイスであって、前記圧電振動子のリッド表面を被覆するモールド材の厚みを、20μm以下として、前記リッド表面を覆うモールド材に透光性を持たせたことを特徴とするものであっても良い。このような構成であっても、モールド材に透光性を持たせることができるため、上記構成に係る圧電デバイスと同様な効果を得ることができる。 In order to achieve the above object, a piezoelectric device according to the present invention is a piezoelectric device in which at least a piezoelectric vibrator and a circuit element electrically connected to the piezoelectric vibrator are covered with a molding material, the piezoelectric device The mold material that covers the lid surface of the vibrator may have a thickness of 20 μm or less, and the mold material that covers the lid surface may have translucency. Even in such a configuration, since the mold material can have translucency, the same effect as the piezoelectric device according to the above configuration can be obtained.
さらに、上記のような特徴を有する圧電発振器では、前記リッド表面を被覆するモールド材の厚みtを0.1μm≦t≦20μmの範囲とすることが望ましい。圧電デバイスにおける圧電振動子のリッド表面を被覆するモールド材の厚さの上限を定めることにより、マーキングの視認が可能となる。そして、モールド材の厚さの下限を定めることにより、デバイスの保護効果を得ることができる。モールド材の厚さtの上限と下限を定めることにより、デバイスの保護効果を高め、かつマーキングを視認することができるモールド材の厚さを有効に設定することができる。 Furthermore, in the piezoelectric oscillator having the above-described characteristics, it is desirable that the thickness t of the molding material covering the lid surface be in the range of 0.1 μm ≦ t ≦ 20 μm. By defining the upper limit of the thickness of the molding material that covers the lid surface of the piezoelectric vibrator in the piezoelectric device, the marking can be visually recognized. And the protective effect of a device can be acquired by determining the minimum of the thickness of a molding material. By determining the upper and lower limits of the thickness t of the molding material, it is possible to effectively set the thickness of the molding material that can enhance the protection effect of the device and visually recognize the marking.
以下、本発明の圧電デバイス、およびその製造方法に係る好適な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態では、圧電デバイスとして圧電発振器を例に挙げて説明をすることとする。
まず、図1を参照して本発明の圧電発振器に係る第1の実施形態について説明する。なお、図1において図1(A)は圧電発振器の側断面を示す概略図であり、図1(B)は平面図、および図1(C)は同図(A)におけるA−A矢視断面を示す図である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a piezoelectric device and a manufacturing method thereof according to the invention will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiment described below, a piezoelectric oscillator will be described as an example of the piezoelectric device.
First, a first embodiment according to the piezoelectric oscillator of the present invention will be described with reference to FIG. 1A is a schematic diagram showing a side cross section of the piezoelectric oscillator, FIG. 1B is a plan view, and FIG. 1C is an AA arrow view in FIG. It is a figure which shows a cross section.
本実施形態の圧電発振器10は、圧電振動子11と回路素子としての集積回路(IC)42、および前記IC42を実装する回路基板30とを有することを基本とし、圧電振動子11とIC42、および回路基板30がそれぞれ厚さ方向に重ねて配置されている。
The
前記圧電振動子11は、振動素子である圧電振動片18と、この圧電振動片18を収容するパッケージ12とを基本として構成されている。圧電振動片18の構成部材としては、水晶やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等、種々の圧電材料を挙げることができるが、温度特性等の観点からは、水晶により構成されたものが優れているとされている。また、水晶材料を用いた圧電振動片18の具体的事例としては、ATカット圧電振動片、BTカット圧電振動片、音叉型圧電振動片、SAW素子片等を挙げることができる。また、前記パッケージ12は、上記圧電振動片18を実装するためのパッケージベース14と、このパッケージベース14の上部開口部を封止するための蓋体であるリッド16とを基本として構成される。
The
パッケージベース14は、絶縁材料、例えば酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成型して形成される複数の基板を積層し、これを焼結して構成される。このようにして構成されるパッケージベース14の場合、図1(A)に示す形態のパッケージベースを製造するには少なくとも、底板を構成する基板と、側壁を構成する基板といった2つの基板が必要とされる。本実施形態のパッケージベース14の場合、底板を構成する基板の一方の面に、前記圧電振動片18を実装するための端子(実装パッド)20が備えられ、他方の面には実装用外部端子22(22a,22b)が備えられている。そして、実装用外部端子22のうちの実装用外部端子22aは、ビアホール24を介して前記実装パッド20と電気的に接続されている。
The
リッド16は、上述したパッケージベース14と熱膨張率が近い合金、例えばコバール等を母材として構成され、図示しないシームリング等のロウ材を介してパッケージベース14に接合される。
The
上記のような構成のパッケージベース14に対し、圧電振動片18は導電性接着剤26を介して実装される。実装工程の概略としては、次のようなものである。すなわち、パッケージベース14における実装パッド20上に導電性接着剤26を塗布し、塗布した導電性接着剤26の上部に圧電振動片18の入出力電極(不図示)が位置するように圧電振動片18を搭載する。圧電振動片18の搭載終了後、パッケージベース14の上部開口部をリッド16で封止する。なお、パッケージ12のキャビティ15内部は、真空引きされていることが望ましい。温度変化等による影響を少なくすることができるからである。
The piezoelectric vibrating
前記回路基板30の一方の面には、圧電振動子11とIC42、IC42と実装用外部端子36とを電気的に接続するための金属パターン(例えば34a)が施されている。また、当該回路基板30の他方の面には、圧電発振器10を電子機器の基板(不図示)等に実装するための実装用外部端子36が備えられている。なお、回路基板30の他方の面には、必要に応じて、ICの特性検査やIC内部の情報の書き替え(特性調整)を行うための調整端子(不図示)を設けるようにしても良い。
One surface of the
回路基板30の一方の面には、レジスト等の絶縁性コーティング材により構成された被膜40が形成されており、回路基板30の表面にはICを実装するためのボンディングパッド34、詳細を後述する接続部材50を配置するための接続パッド32のみが晒される構成としている。なお、前記ボンディングパッド34と実装用外部端子36とは、その一部を図示するように、ビアホール38を介して電気的に接続されている。また、前記IC42としては、発振回路としての機能の他、周波数−温度特性を補償する機能等を持たせるようにしても良い。なお、本発明でいう回路素子は、ICに限らず、抵抗やコンデンサ等の電子部品により構成されるものであっても良い。
A
本実施形態のIC42は、上述した回路基板30の一方の面における中央付近に、能動面を上側にして搭載される。IC42の搭載には、非導電性の接着剤や、接着シート等の接着部材44を用いることが望ましい。また、IC42と回路基板30との実装は、金属ワイヤ48、具体的には金線等を介する、いわゆるワイヤボンディングによって成される。本実施形態の圧電発振器10を製造する上でのワイヤボンディングは、回路基板30側に配置されたボンディングパッド34に対するボンディングを第1ボンディングとし、IC42の能動面に配置されたパッド46に対するボンディングを第2ボンディングとする、いわゆる逆ボンディングによる工法が望ましい。このような順番でボンディングを行うことにより、回路基板30側のボンディングパッド34とIC42側のパッド46との間の段差が大きく、かつ直線距離が短い場合であっても、機械的なボンディングが可能となるからである。また、このようなボンディング方法であれば、アーチを描く金属ワイヤ48の高さも抑えることが可能となる。さらに、IC42側のパッド46へのボンディングを第2ボンディングとすることにより、ボンディング時にIC42に与える衝撃を減らすことができ、不具合の発生を抑制することができる。なお、本実施形態の圧電発振器10では、回路基板30に配置されたボンディングパッド34をそれぞれ接続パッド32の間に配置することで、IC42側のパッド46とボンディングパッド34との距離を稼ぐと共に、回路基板30表面のスペースを有効に活用するようにしている。
The
前記圧電振動子11は、接続パッド32に配置された接続部材50を介して前記IC42の上方にて前記回路基板30に実装される。接続部材50は、回路基板30に配置された接続パッド32と圧電振動子11のパッケージ12の外部に配置された実装用外部端子22とを電気的および機械的に接続する。なお、実装パッド20と接続された端子以外の端子である実装用外部端子22bと接続パッド32との接続は、圧電振動子11の機械的安定性、および接続強度等を確保するための接続である。
The
ここで、接続部材50としては、一般に知られているハンダボール等であっても良いが、本実施形態における接続部材50は、次のような構成のものが望ましい。すなわち、融点の高い部材を核として、融点の低い導電性部材をコーティングするといった、融点の異なる2種以上の部材から成るものである。具体的には、銅や高融点の樹脂等を球形の核とし、この周囲にハンダをコーティングしたものである。このような構成の接続部材を用いることによれば、核の周囲にコーティングされたハンダにて電気的接続を行いつつ、核により支持対象物(本実施形態では圧電振動子11)の支持高さを定めることができる。また、核を銅のような導電性部材で構成した場合には、当該部分でも電気的接続が成されることとなる。
Here, the
そして、本実施形態の圧電発振器10には、上記各構成要素の他、保護部材としての絶縁性樹脂(モールド材)52が備えられる。モールド材52は、回路基板30の一方の面に搭載されたIC42、接続部材50、および圧電振動子11等を被覆する。この時、圧電振動子11におけるリッド16の上面を被覆するモールド材52の厚さtを、他の部分を被覆するモールド材52の厚さよりも薄くすると良い。電子デバイス等に用いられるモールド材は、一般的に黒色として知られているが、この色は、モールドされた電子デバイスに光や紫外線等が照射されて誤作動するといったことを防止するために、色素、あるいは混入成分等により着色されたものである。このため、一般に使用されているモールド材は、その厚みを十分に薄くした場合には透光性を有することとなる。つまり、リッド16の表面にモールド材52を被覆した状態でマーキング60を視認することが可能となるのである。このような構成によれば、湿気等の水分やキズからの保護効果を向上させつつ、マーキング60の目視可能化を実現させることが可能となる。さらに、リッド面がグランドとして使用されている場合にあっては、他の電極等との接触による短絡等を防止することができる。
The
モールド材52の黒色の濃度は、その成分等によって異なるため、一概にその最適な厚さtを定めることは困難である。よって具体的な1つの事例を挙げて本実施形態に係る圧電発振器10におけるtの範囲を定めることとする。
Since the black density of the
本実施形態で使用したモールド材は、エポキシ樹脂を主成分としたモールド材である。当該モールド材を用いた場合、可視光域においてマーキング60を視認することができる最大の厚さtは20μm程度である。そして、製品搬送時の擦れ等により生ずるキズからリッド16の表面を保護する効果を得ることができる最小の厚さtは0.1μm程度である。そうしてみると、本実施形態におけるtの最適値は、0.1μm≦t≦20μmの範囲とすることができる。したがって、圧電振動子11におけるリッド16の表面を被覆するモールド材52の厚さtを上記範囲内とすることで、モールド材による保護効果を維持しつつ、マーキング60の視認を可能とすることができる。なお、リッド16の上面を被覆するモールド材52の厚さtを、0.1μm≦t≦5μmとすれば、モールド材による保護効果を維持しつつ、マーキング60の視認をより確実に行うことが可能となる。
The mold material used in this embodiment is a mold material mainly composed of an epoxy resin. When the molding material is used, the maximum thickness t at which the marking 60 can be visually recognized in the visible light region is about 20 μm. The minimum thickness t that can obtain the effect of protecting the surface of the
また、上記構成の圧電発振器10では、回路基板30に圧電振動子11を実装する前に、圧電振動子11の動作チェックや周波数調整を行うことにより、圧電振動子を実装する前に不良を発見することができる。これにより、圧電振動子11を実装した後に不良を発見し、IC42と共に圧電発振器10全体を破棄するという無駄を無くすことができ、製造コストを抑えることにつなげることができる。
In addition, in the
なお、上記実施形態では、圧電振動子11を構成するパッケージ12のリッド16を金属により構成し、パッケージベース14をセラミック等の絶縁部材で構成する旨記載した。しかしながら、これらの構成は限定されるものではなく、例えばリッドをガラス等で構成するようにしても良いし、パッケージベース14を金属等で構成するようにしても良い。ただし、パッケージベース14を金属等の導電性部材で構成する場合には、実装パッド20、ビアホール24、および実装用外部端子22aと、パッケージベース14との間に、絶縁部材を介在させるようにする必要がある。
In the above embodiment, it has been described that the
次に、上記のような構成の圧電発振器の製造方法について説明する。まず、樹脂整形用の枠70内に、一方の面を上にした状態でシート状の回路基板(シート状基板)30aを配置する(図2参照)。ここでいうシート状基板30aとは、構成を上述した圧電発振器10における回路基板30を個片化する前の状態の基板のことをいう。次に、シート状基板30aに配置された接続パッド32のそれぞれに、接続部材50を配置する(図3参照)。その後、シート状基板30aの所定の位置にそれぞれIC42を搭載する(図4参照)。IC42を搭載した後、IC42の能動面に配置されたパッド46とシート状基板30aに配置されたボンディングパッド34(不図示)とを金属ワイヤ48で接続する(図5参照)。その後、予め製造された圧電振動子11を接続部材50を介してシート状基板30aに実装する(図6参照)。
Next, a method for manufacturing the piezoelectric oscillator having the above configuration will be described. First, a sheet-like circuit board (sheet-like board) 30a is placed in a
圧電振動子11を実装した後、枠70(図2参照)内に流動性を有する樹脂であるモールド材52aを流し込み、圧電振動子11を含む圧電発振器全体をモールド材52aで覆う(図7参照)。この際、圧電振動子11におけるリッド16の表面を被覆するモールド材52aの厚みtが、0.1μm≦t≦20μmの範囲内となるように、枠70内に流し込むモールド材の量を調整する。
モールド材52aが硬化した後、図8中に破線で示す箇所をダイシングし、圧電発振器として個片化し、圧電発振器10が完成する(図9参照)。
After mounting the
After the molding material 52a is cured, the portion indicated by the broken line in FIG. 8 is diced into pieces as a piezoelectric oscillator, and the
このような工程で圧電発振器10を製造することによれば、樹脂封止部を増やし、湿気等に対する耐性を向上させつつ、圧電振動子11のリッド16に記されたマーキング60を目視することができる圧電発振器を製造することができる。
By manufacturing the
10………圧電発振器、11………圧電振動子、12………パッケージ、14………パッケージベース、16………リッド、18………圧電振動片、30………回路基板、42………IC、50………接続部材、52………モールド材、60………マーキング(マーキング領域)。 10 ......... Piezoelectric oscillator, 11 ......... Piezoelectric vibrator, 12 ......... Package, 14 ......... Package base, 16 ......... Lid, 18 ......... Piezoelectric vibrator, 30 ......... Circuit board, 42 ... IC, 50 ... Connection member, 52 ... Mold material, 60 ... Marking (marking area).
Claims (3)
前記圧電振動子のリッド表面を被覆するモールド材の厚みを、他の周囲を覆ういずれのモールド材の厚みよりも薄く形成して透光性を持たせたことを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric device in which at least a piezoelectric vibrator and a circuit element electrically connected to the piezoelectric vibrator are covered with a molding material,
A piezoelectric device characterized in that a thickness of a molding material that covers a lid surface of the piezoelectric vibrator is made thinner than that of any molding material that covers the other periphery so as to have translucency.
前記圧電振動子のリッド表面を被覆するモールド材の厚みを、20μm以下として、前記リッド表面を覆うモールド材に透光性を持たせたことを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric device in which at least a piezoelectric vibrator and a circuit element electrically connected to the piezoelectric vibrator are covered with a molding material,
A piezoelectric device characterized in that a thickness of a molding material covering the lid surface of the piezoelectric vibrator is set to 20 μm or less, and the molding material covering the lid surface is provided with translucency.
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